跟著星系深呼吸

王青春

讀本文前，你對(duì)星系的認(rèn)識(shí)：有旋臂，螺旋狀，很多恒星、行星;讀本文后，你對(duì)星系的認(rèn)識(shí)：“我藏你找”游戲策劃師，宇宙呼吸法創(chuàng)始人，超大型噴泉景觀設(shè)計(jì)師，宇宙反對(duì)加班協(xié)會(huì)榮譽(yù)會(huì)員

別躲了，星際介質(zhì)

“我藏你找”游戲任務(wù)：請(qǐng)跟隨游戲助手星偵探，找出藏匿在星系里的神秘物質(zhì)。

提示一：星系這么大，你想去看看，但只能看看。

動(dòng)輒（zh9）以光年為單位的天體距離對(duì)人類來說太過遙遠(yuǎn)，想知道星系中除了天體還有什么，我們可以通過一種特殊的“影子”—光譜，來進(jìn)行一場(chǎng)反向推理。不同的光線有著不同的光譜，如果恒星的周圍空無一物，光會(huì)暢通無阻地來到地球，形成連續(xù)的光譜。但天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此，原本應(yīng)當(dāng)連續(xù)的光譜上出現(xiàn)了一些細(xì)縫，并且這些細(xì)縫的位置還會(huì)發(fā)生變化。這說明恒星周圍有東西擋住了光，并且它還在不停地運(yùn)動(dòng)著。

提示二：不會(huì)還原現(xiàn)場(chǎng)的偵探不是合格的天文學(xué)家。

天文學(xué)家通過計(jì)算機(jī)搭建模型，模擬出恒星周圍的環(huán)境，然后將模擬環(huán)境中產(chǎn)生的光譜與實(shí)際天文觀測(cè)到的光譜進(jìn)行比較。通過不斷調(diào)整模擬環(huán)境中的物質(zhì)組成、運(yùn)動(dòng)方式等參數(shù)，天文學(xué)家找出了能產(chǎn)生相同光譜的“配方”，即星系的真實(shí)成分。

星系中除了有恒星、行星等天體之外，還有大量的星際介質(zhì)，如氣體、塵埃，以及看不見的暗物質(zhì)。星系中的氣體以氫和氦為主，伴有少量的重元素（碳、氮、氧、硅、鐵等），它們是恒星形成的原料。

做個(gè)元?dú)庑窍?/p>

“學(xué)會(huì)深呼吸，輕松有元?dú)?！”這是星系創(chuàng)造的宇宙呼吸法口號(hào)。星系的一生太過漫長(zhǎng)，為了保持活力，星系中的氣體并不是靜止不動(dòng)的，新的氣體不斷被吸入，老的氣體有時(shí)也會(huì)被排出，就像在“呼吸”。

如果星系可以一直從四周或鄰近星系吸入可用的氣體，就會(huì)有源源不斷的新鮮氫氣來參與恒星形成。這樣的星系被稱作“恒星形成星系”，也是我們通常意義上認(rèn)為的“活著”的星系;與此相對(duì)的是“寧靜星系”，它們無法得到足夠多的氣體補(bǔ)給，恒星形成率極低，星系就此陷入沉寂，失去“生命力”。

帶你看星系噴泉

星系“呼出”的氣體去哪兒了？它真的離開星系了嗎？以銀河系為例，如果某一物體想要脫離銀河系的引力束縛，它必須以至少550千米每秒的速度運(yùn)動(dòng)，這個(gè)速度又被稱為銀河系的“逃逸速度”。絕大部分氣體是無法逃離星系自身引力的，最后還是會(huì)落回到星系中。這一氣體“噴出—落回”的循環(huán)被稱為“星系噴泉”。但是，有極小一部分星系氣體的速度可以達(dá)到800千米每秒，甚至2000千米每秒，從此外流成為星系際介質(zhì)。

恒星小劇場(chǎng)

歡迎進(jìn)入銀河系恒星小劇場(chǎng)，在這里，你將看到一顆類太陽恒星的一生，以及伴隨它發(fā)生的星際氣體運(yùn)動(dòng)。

分子云

在銀河系中，存在這樣一片云。它只占銀河系1%的空間，卻擁有整個(gè)星系50%的質(zhì)量，它就是致密分子云。低溫、高密度的分子云在引力的作用下，向一個(gè)或多個(gè)中心坍縮。

原恒星

一大片分子云可能被分裂成多個(gè)云團(tuán)，我們把熾熱的云團(tuán)核心稱為“原恒星”。原恒星不斷吸積周圍的氣體，質(zhì)量也在增加。但這種吸積活動(dòng)不是無限進(jìn)行的，被吸入的部分物質(zhì)會(huì)在磁場(chǎng)的作用下以“噴流”的形式噴射出來。

主序星

由于存在“噴流”現(xiàn)象，原恒星周圍的氣體被驅(qū)散，吸積速度因此下降，這時(shí)包裹在分子云中的中心天體開始顯露出來，我們稱其為主序前星。直到吸積原料全部耗盡，零齡主序星誕生。至此，這顆主序星（恒星）開始了它百億年的漫長(zhǎng)生活。

紅巨星

恒星內(nèi)部的氫隨著熱核反應(yīng)消耗殆盡，恒星核心開始收縮，恒星外層氣體受到的引力變小。在之后的數(shù)百萬年間，該恒星將膨脹為比太陽大一百倍的紅巨星。

白矮星

最終，恒星核心坍縮，成為一顆白矮星，體積與地球相當(dāng)。恒星表面的氣體與塵埃將被釋放回星系，成為下一代恒星形成的原料。

黑矮星

再過幾十億年，該恒星的核心將完全冷卻熄滅。

休息，休息一下

“只工作，不玩耍，聰明孩子也變傻?！毙窍祵?duì)這句話的理解非常透徹。不要想著星系會(huì)一直沉迷于造星活動(dòng)，勞逸結(jié)合才是正確做法。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，銀河系在早期吸入了大量冷氣體，勤勤懇懇地形成了第一代恒星。大約在70億年前，冷氣體停止流入銀河系，恒星制造工作暫停。在享受了約20億年的假期后，銀河系重新開始吸入氣體，包括太陽在內(nèi)的第二代恒星逐步形成。